高压断路器基本知识

高压断路器基本知识

一、高压断路器的定义和用途

1.定义

高压断路器(或称高压开关)是变电所主要的电力控制设备，具有灭弧特性，当系统正常运行时，它能切断和接通线路及各种电气设备的空载和负载电流；当系统发生故障时，它和继电保护配合，能迅速切断故障电流，以防止扩大事故范围。

2.用途

（1）控制作用

（2）保护作用

（3）安全隔离作用

二、对高压断路器的要求

1.开断、关合功能

（1）能快速可靠的开断、关合各种负载线路和短路故障，且能满足断路器的重合闸要求；

（2）能可靠的开断、关合其他电力元件，且不引起过电压。

2.电气性能

（1）载流能力

（2）绝缘性能

（3）机械性能

三、高压断路器的型号含义和技术参数

1.型号含义

①②③-----④/⑤⑥/⑦

①—产品字母代号，用下列字母表示：S—少油断路器；D—多油断路器；

K—空气断路器；L—六氟化硫断路器；Z—真空断路器；Q—产气断路器；

C—磁吹断路器。

②—②—装置地点代号；N—户内，W—户外。

③—③—设计系列顺序号；以数字1、2、3……表示。

④—额定电压，KV。

⑤—其它补充工作特性标志，G—改进型，F—分相操作。

⑥—额定电流，A。

⑦—额定开断电流，KA。

2.技术参数

（1）额定电压(标称电压)：它是表征断路器绝缘强度的参数，是断路器长期工作能承受系统最高工作电压。

（2）额定电流：它是表征断路器通过长期电流能力的参数，即断路器允许连续长期通过的最大电流。

（3）额定开断电流：它是表征断路器开断能力的参数。在额定电压下，断路器能保证可靠开断的最大电流，。

（4）动稳定电流：它是表征断路器通过短时电流能力的参数，反映断路器承受短路电流电动力效应的能力。断路器在合闸状态下或关合瞬间，允许通过的电流最大峰值。

（5）关合电流：是表征断路器关合电流能力的参数。断路器能够可靠关合的电流最大峰值，称为额定关合电流。

（6）热稳定电流：热稳定电流也是表征断路器通过短时电流能力的参数，但它反映断路器承受短路电流热效应的能力。是指断路器处于合闸状态下，在一定的持续时间内，所允许通过电流的最大周期分量有效值。

（7）热稳定电流的持续时间：额定热稳定电流的持续时间为2S，需要大于2S时，推荐4S。

（8）合闸时间：是表征断路器操作性能的参数。是指从断路器操动机构合闸线圈接通到主触头接触这段时间。

（9）分闸时间：是表征断路器操作性能的参数。包括固有分闸时间和熄弧时间。固有分闸时间是指从操动机构分闸线圈接通到触头分离这段时间。熄弧时间是指从触头分离到各相电弧熄灭为止这段时间。分闸时间也称为全分闸时间。

（10）操作循环：是表征断路器操作性能的指标。应能承受一次或两次以上的关合、开断、或关合后立即开断的动作能力。此种按一定时间间隔进行多次分、合的操作称为操作循环。额定操作循环如下：自动重合闸操作循环：分——t’——合分——t——合分、非自动重合闸操作循环：分——t——合分——t——合分其中分——表示分闸动作；合分——表示合闸后立即分闸的动作；t’——无电流间隔时间，即断路器断开故障电路，从电弧熄灭起到电路重新自动接通的时间，标准时间为0.3S或0.5S，也即重合闸动作时间。t——为运行人员强送电时间，标准时间为180S。

四、结构、分类和操作方式

1、结构

（1）开断元件：开断、关合电路和安全隔离电源；包括导电回路、动静触头和灭弧装

置。

（2）绝缘支撑元件：支撑开关的器身，承受开断元件的操动力和各种外力，保证开断元件的对地绝缘；包括瓷柱、瓷套管和绝缘管。

（3）传动元件：将操作命令和操作动能传递给动触头。包括连杆、拐臂、齿轮、液压或气压管道。

（4）基座：用来支撑和固定开关。

（5）操动机构：用来提供能量，操动开关分、合闸。有电磁、液压、弹簧、气动等。

2.分类

（1）按灭弧介质或灭弧原理分为油断路器、压缩空气断路器、SF6断路器、真空断路器、磁吹断路器和固体产气断路器。

（2）按照控制、保护对象分为发电机断路器、输变电断路器、馈电断路器和特殊用途断路器。

（3）按电压等级分为中压断路器、高压断路器和超高压断路器。

3、操作方式：

1、主控制室远方操作

2、就地操作

3、遥控操作。

4、开关本身保护设备、重合闸设备动作，发跳、合闸命令至操作插件，引起开关进行跳、合闸操作。

5、母差、低频减载等其他保护设备及自动装置动作，引起断路器跳闸

6、电动操作；

7、储能操作；

8、手动操作。

五、断路器的分合闸操作注意事项

1. 上、下隔离及接地开关操作圆盘间，有圆柱销互锁，因此必须按正确程序才能完成操作。

2. 锁杆与前门通过解锁板锁门，万一机械闭锁装置出现故障不能操作，在确认柜内停电的条件下，可卸下解锁板的紧固螺钉，实现“紧急解锁”打开前门及后门

3．开关在合闸操作时发生非全相，立即将已合上相拉开并切断控制电源，查明原因并排除故障，经试送正常后再重新投入运行。

4．开关在分闸操作时发生非全相，应立即切断控制电源，手动操作将拒动相分闸，查明原因并排除故障，经试分合闸正常后再重新投入运行

SF6断路器

一﹑概述

?利用六氟化硫(SF6)气体作为灭弧介质和绝缘介质的一种断路器。简称SF6断路器。由于这种气体的优异特性，使这种断路器单断口在电压和电流参数方面大大高于压缩空气断路器和少油断路器，并且不需要高的气压和相当多的串联断口数。

1.SF6特性

?SF6气体比空气重5.135倍，一个大气压时，其沸点为-60℃。在150℃以下时，SF6有良好的化学惰性，不与断路器中常用的金属、塑料及其他材料发生化学作用。在大功率电弧引起的高温下分解成各种不同成分时，电弧熄灭后的极短时间内又会重新合成。SF6中没有碳元素，没有空气存在，可避免触头氧化。SF6的介电强度很高，且随压力的增高而增长。SF6的介电强度可达到或超过常用的绝缘油。SF6 灭弧性能好，在一个简单开断的灭弧室中，其灭弧能力比空气大100倍。在SF6中，当电弧电流接近零时，仅在直径很小的弧柱心上有很高的温度，而其周围是非导电层。这样，电流过零后，电弧间隙介电强度将很快恢复。

2. SF6气体的水份和分解气体

SF6气体的水份必须控制在一定范围内，否则将给SF6电气设备的安全运行带来问题。主要有两个方面：

（1）水份引起的化学反应

常温下SF6气体是非常稳定的，但水份较多时，200°C以上就有可能产生分解，分解的生成物中有氢氟酸（HF），是一种有很强的腐蚀性和剧毒的酸类。水份的危害更主要的是在电弧高温作用下SF6气体分解过程中所起的化学反应，化学反应中最后的生成物也都是随水份含量增大而增加。为了限制有毒物质的生成量，必须限制SF6气体中的水份含量。

（2）水份对绝缘的影响

绝缘件表面出现凝露会对绝缘性能带来不利影响。通常气体中混杂的水份以水蒸气形式在。在温度骤降时，可能冷凝成露水附在绝缘件表面，出现沿面放电事故。。为了控制SF6气体中的水份和电弧分解产生的低氟化合物，在高压电器内放置既能吸水分，又能吸附低氟化合物的吸附剂，一般吸附剂质量为气体充入质量的1/10，特别注意用过的吸附剂不可再进行烘干再生处理。

二、SF6断路器结构原理

（一）结构分类

（1）瓷柱式SF6断路器。其灭弧装置在支持瓷套的顶部，由绝缘杆进行操动。这种结构的优点是系列性好，用不同个数的标准灭弧单元和支柱瓷套，即可组成不同电压等级的产品；其缺点是稳定性差，不能加装电流互感器。

（2）落地罐式SF6断路器。其总体结构类似于箱式多油断路器，它的灭弧装置用绝缘件支撑在接地金属罐的中心，借助于套管引线，基本上不改装就可以用于全封闭组合电器之中。这种结构便于加装电流互感器，抗震性好，但系列性差，且造价昂贵。

（二）、结构原理

1－动弧触头；2－压圈；3－触指弹簧；4－触指弹簧；5－分子筛筐；6－静弧触头；7－均压罩；8－触指；9－触座；10－喷管；11－护套；12－阀挡环；13－滑动触头；14－压气缸；15－M16×25内六角螺钉；16－夹板；17－垫圈；18－挡圈；19－触座；22－接线端子；26－垫圈；27－阀座；28－阀片；31－塞子装配；32－动触头；33－缸体；34－接头；35－导轨；36－充气接头；37－接头；40－静弧触头座；43－拉杆；44－鼓形瓷套；46－接线端子；G1、G2、G14、G15、G16、G17、G18－密封圈

（二）基本组成

三个垂直瓷瓶单元，每一单元有一个气吹式灭弧室；液压操作机构（弹簧操作机构）及其

单箱控制设备；一个支架及支持结构。每个灭弧室通过与三个灭弧室共连的管子填充SF6气体。（三）灭弧单元

1.灭弧室分类

（1）、双压式灭弧室。它的灭弧室有两个压力系统，一个为压力约0.3—0.6MPa的压力系统。（主要用于内间的绝缘），另一个为压力一般约1.4—1.6MPa的高压系统（用于灭弧）。

（2）、单压式灭弧室。单压式灭弧室又称压气式灭弧室，它只有一个气压系统，即常态时只有单一的SF6气体。灭弧室的可动部分带有压气装置，分闸过程中，压气缸与触头同时运动，将压气室内的气体压缩。触头分离后，电弧即受到高速气流吹动而熄，目前一般采用单压式，而双压式结构工艺复杂，现已被淘汰。

2、灭弧原理

SF6断路器一般是利用几个到十几个大气压力的SF6气体、在喷口中形成高速气流来熄灭电弧。利用预先储荐在断路器中的高压六氟化硫气体，在灭弧中形成高速气流强烈地吹袭电弧，使绝缘室冷却，当电弧在高速气流中燃烧时，弧熄中的热量将及时地被带走，电弧在气流的作用下迅速移动，热发射和金属蒸汽大大减少，特别是在电流接近零和过零时，弧熄温度将迅速下降，电弧直径明显减少、当电流过零后，在强烈的气流作用下，弧熄温度迅速降到热游离温度以下，弧熄中的残余物被消除，并由新鲜压缩的SF6气体取代、电弧熄灭。

真空断路器

一、概述

真空断路器利用真空度约为10-4Pa（运行中不低于10-2Pa）的高真空作为内绝缘和灭弧介质。当灭弧室内被抽成10-4的高真空时，其绝缘强度要比绝缘油、一个大气压力下的SF6和空气的绝缘强度高很多。所以，真空击穿产生电弧，是由触头蒸发出来的金属蒸气帮助形成的。

二、基本结构

（一）基本组成元件及作用

（1）支架：安装各功能组件的架体。

（2）真空灭弧室：实现电路的关合与开断功能的熄弧元件。

（3）导电回路：与灭弧室的动端及静端连接构成电流通道。

（4）传动机构：把操动机构的运动传输至灭弧室，实现灭弧室的合、分闸操作。

（5）绝缘支撑：绝缘支持件将各功能元件，架接起来满足断路器的绝缘要求。

（6）操动机构：断路器合、分间的动力驱动装置

（二）真空灭弧室

真空灭弧室是真空断路器中最重要的部件。真空灭弧室的外壳是由绝缘筒、两端的金属盖板和波纹管所组成的密封容器。灭弧室内有一对触头，静触头焊接在静导电杆上，动触头焊接在动导电杆上，动导电杆在中部与波纹管的一个断口焊在一起，波纹管的另一端口与动端盖的中孔焊接，动导电杆从中孔穿出外壳。由于波纹管可以在轴向上自由伸缩，故这种结构即能实现在灭弧室外带动动触头作分合运动，又能保证真空外壳的密封性。

（1）外壳：整个外壳通常由绝缘材料和金属组成。对外壳的要求首先是气密封要好；其次是要有一定的机械强度；再是有良好的绝缘性能。

（2）波纹管：波纹管既要保证灭弧室完全密封，又要在灭弧室外部操动时使触头作分合运动，允许伸缩量决定了灭弧室所能获得的触头最大开距

（3）屏蔽罩：触头周围的屏蔽罩主要是用来吸附燃弧时触头上蒸发的金属蒸气，防止绝缘外壳因金属蒸气的污染而引起绝缘强度降低和绝缘破坏，同时，也有利于熄弧后弧隙介质强度的迅速恢复。在波纹管外面用屏蔽罩，可使波纹管免遭金属蒸气的烧损。

（4）导电系统：定导电杆、定跑弧面、定触头、动触头、动跑弧面、动导电杆构成了灭弧室的导电系统。其中定导电杆、定跑弧面、定触头合称定电极，动触头、动跑弧面、动导电杆合称动电极，由真空灭弧室组装成的真空断路器合闸时，操动机构通过动导电杆的运动，使两触头闭合，完成了电路的接通。

（5）触头：触头结构对灭孤室的开断能力有很大影响。采用不同结构触头产生的灭弧效果有所不同的，早期采用简单的圆柱形触头，结构虽简单，但开断能力不能满足断路器的要求，仅能开断10kA以下电流。目前，常采用的有螺旋糟型结构触头、带斜槽杯状结构触头和纵磁场杯状结构触头三种，其中以采用纵磁场杯状结构触头为主。

三、灭弧原理

真空灭弧室是用密封在真空中的一对触头来实现电力电路的接通与分断功能的一种电真空器件，是利用高真空作绝缘介质。当其断开一定数值的电流时，动、静触头在分离的瞬间，电流收缩到触头刚分离的某一点或某几点上，表现电极间电阻剧烈增大和温度迅速提高，直至发生电极金属的蒸发，同时形成极高的电场强度，导致剧烈的场致发射和间隙的击穿，产生了真空电弧，当工作电流接近零时，同时触头间距的增大，真空电弧的等离子体很快向四周扩散，电弧电流过零后，触头间隙的介质迅速由导电体变为绝缘体，于是电流被分断，开断结束。

四、断路器控制回路原理

（一）合闸回路

断路器合闸回路由以下几部分组成

合闸启动回路→ 断路器辅助接点（常闭）→ 合闸线圈

手动合闸或自动合闸时，合闸启动回路瞬时接通，合闸线圈励磁，启动断路器操动机构，开关合上后，串于合闸回路的断路器常闭接点打开，断开合闸回路。

（二）跳闸回路

断路器跳闸回路由以下几部分组成

跳闸启动回路→断路器辅助接点（常开）→跳闸线圈

手动跳闸或自动跳闸时，跳闸启动回路瞬时接通，跳闸线圈励磁，启动断路器操动机构，开关跳开后，串于跳闸回路的断路器常开接点打开，断开跳闸回路。

（三）断路器防跳回路

在生产过程中，有时由于控制开关原因或自动装置触点原因，在断路器合闸后，启动回路触点未断开，合闸命令一直存在，此时，如果继电保护动作，开关跳闸，但由于合闸脉冲一直存在，则会在开关跳闸后重新合闸，如果线路故障为永久性故障，保护将再次将开关跳开，持续存在的合闸脉冲将会使开关再次合闸，如此将会发生多次的“跳—合”现象，此种现象被称为“跳跃”。断路器的多次跳跃，会使断路器毁坏，造成事故扩大。因此，必须对操作回路进行改进，防止“跳跃”发生。增加了中间继电器TBJ，称为跳跃闭锁继电器。它有两个线圈，一个是电流启动线圈，串联于跳闸回路中，这个线圈的额定电流应根据跳闸线圈的动作电流选取，并要求其灵敏度高于跳闸线圈的灵敏度，以保证在跳闸操作时它能可靠地起动；另一个线圈为电压自保持线圈，经过自身的常开触点并联于合闸线圈回路中，在合闸回路中还串联接入了一个TBJ的常闭触点。

工作原理如下：当利用控制开关合闸或自动装置合闸以后，若合闸接点未断开，当线路发生故障时，保护出口，BCJ（保护出口继电器）闭合，将跳闸回路接通，使断路器跳闸，同时跳闸电流也流过防跳继电器TBJ的电流启动线圈，使TBJ启动，

其常闭触点断开合闸回路，常开触点接通TBJ电压线圈，此时如果合闸脉冲未解除，（控制开关未复归或自动装置触点1ZJ卡住等）则TBJ的电压线圈通过KK的5—8触点或1ZJ的触点实现自保持，长期断开合闸回路，使断路器不能再次合闸。只有合闸脉冲解除，TBJ的电压自保持线圈断电后，才能恢复至正常状态。

五、巡视检查

1、每日定时记录气体压力和温度。

2、断路器各部分及管道无异声（振动声、漏气声）及异味，管道夹头正常。

3、套管无裂痕、无放电声和电晕。引线连接部位无过热、引线弛度适中。

4、断路器分合闸位置正确、并和当时实际运行工况相符。

5、接地完好。

6、巡视环境条件：附近无杂物。

六、检修与维护

（1）、平时检查维护

1、保持断路器清洁、及时清理绝缘子、绝缘杆的其它绝缘件的尘埃。

2、凡是活动摩擦部位，应定期注入润滑油。

3、所有紧固件应定期检查、防止松脱。

4、检查断路器的机械传动部分、电动分合应灵活可靠。

5、检查辅助开关分合状况。

6、触头磨损情况的检查。

（2）对真空断路器应每年进行一次停电检查维护，以保证正常运行。正常的年检做好如下工作：

1.灭弧室应进行断口工频耐压试验，并予记录。对耐压不好或真空度较低的管子应及时更换。

2.抹净绝缘件，对绝缘件应作工频耐压试验，绝缘不好的绝缘件应立即更换。

3.对真空断路器的开距、接触行程应测量记录在册，如有变化应找出原因处理(如可能是连接件松动或机械磨损等原因)，有条件的应对断路器测试机械特性并记录。对机械特性参数变化较大的应找出原因并及时调整处理。

4.对各连接件的可调整处的连接螺栓、螺母等应检查有否松动，特别是辅助开关拐臂处的连接小螺钉、灭弧室动导电杆连接的锁紧螺母等应检查有否松动。

5.对各转动关节处应检查各种卡簧、销子等有否松脱，并对各转动、滑动部分加润滑油脂。

6.对使用在电流大于1600A以上的真空断路器，应对每极作直流电阻测量，记录在册，发现电阻值变大的应检查原因并排除。

7.如需更换灭弧室应按产品说明书的要求进行，更换后应进行机械特性的测试和耐压试验。

8.年检后，在投运前应连续空载操作8～10次，检查应动作正常，无异常声音，无异常晃动，合、分闸线圈无发热等后方可投入运行。